تقنية تعديل السطح لتحسين مقاومة التآكل عن طريق الكسوة بالليزر

يتضمن جهاز العمل لمعدات الكسوة بالليزر بشكل أساسي الليزر، وجهاز التغذية، وفوهة الكسوة، ومنصة المعالجة ونظام التحكم. بالنسبة لمعدات الكسوة بالليزر بأكملها، يعد جهاز فوهة الكسوة هو الجزء الأكثر أهمية في المعدات بأكملها، ودورها الرئيسي هو نقل شعاع الليزر وتركيزه وتحويله والنقل المتزامن لمسحوق الكسوة. التقنيات الرئيسية لفوهة الكسوة هي التركيز على التشكيل والتحويل بالليزر، ونقل وتقارب مواد الكسوة واقتران المواد البصرية. والثاني هو الليزر، وأشعة الليزر الرئيسية المستخدمة الآن هي ليزر ثاني أكسيد الكربون، وليزر YAG، وليزر أشباه الموصلات. يعد ليزر ثاني أكسيد الكربون الآن الليزر الأكثر استخدامًا في الصين، ومن الأسهل تحقيق طاقة عالية، ولكن له عيوب الحجم الكبير جدًا واستهلاك الطاقة العالي للوحدة. نظرًا لتطور التكنولوجيا، فإن معدل استخدام ليزر YAG يتزايد باستمرار، مما يمكنه تحقيق نقل الألياف وتحسين مرونة الأجزاء. مزايا ليزر أشباه الموصلات هي ارتفاع معدل التحويل الكهروضوئي، وانخفاض سعر المعدات، وصغر الحجم، وانخفاض تكلفة الصيانة، وأكثر ملاءمة للاستخدام وسلسلة من المزايا.

1. مميزات الكسوة بالليزر

تتميز الكسوة بالليزر بشكل عام بصلابة عالية، ومقاومة التآكل، ومقاومة التآكل، ومقاومة الأكسدة وغيرها من الخصائص، وخاصة مقاومة التآكل، والتي تساعد بشكل كبير على إطالة عمر المواد، وتوفير المعادن باهظة الثمن، وتوفير الموارد، ولا توجد مشاكل تلوث بيئي. بالمقارنة مع طرق تعديل سطح الركيزة التقليدية الأخرى، فإن معدل تخفيف طبقة الكسوة المكونة من الكسوة بالليزر أقل (عموما 5٪ ~ 8٪)، ومن السهل تشكيل طبقة كسوة أرق. إن استخدام هذه الطريقة لا يقلل التكلفة فحسب، بل يحسن أيضًا كفاءة الكسوة. تتميز الكسوة بالليزر بخصائص المنطقة الصغيرة المتأثرة بالحرارة والتشوه الصغير، ومعدل تبريدها سريع جدًا (102 ~ 106 ك/ث)، والذي يميل إلى تكوين هياكل كثيفة. في الوقت الحاضر، يتم التحكم في عملية الكسوة بالليزر عن طريق الكمبيوتر، وذلك باستخدام التحكم الرقمي والآلي بالكامل، وتكون معلمات العملية أكثر استقرارًا في عملية التشغيل، وطبقة الكسوة المعدة أكثر تجانسًا، ومعدل الخطأ أقل. يتم استخدام الكسوة بالليزر على نطاق واسع في مجال الطيران والطاقة الكهربائية والسيارات والسفن والنفط وغيرها من المجالات. يمكن أن تكون تقنية الكسوة بالليزر تقريبًا أي مادة معدنية أو خزفية على معدن أو سبيكة.

2. عيوب الكسوة بالليزر

(1) سهولة إنتاج المسام. في عملية الكسوة، يكون الغاز الموجود في البركة المنصهرة قد فات الأوان لتفريغه، الأمر الذي سيؤدي إلى تكوين المسام في طبقة الكسوة. بالنسبة للركيزة ذاتية التدفق، لأنها تحتوي على كمية كبيرة من مزيل الأكسدة السيليكون والبورون، سيحدث تفاعل إزالة الأكسدة أولاً في عملية الكسوة، مما ينتج مركبات البورسليكات المقابلة، والتي يمكنها عزل الهواء. عندما يكون وقت تسخين الكسوة طويلًا بما فيه الكفاية، يمكن تنفيذ تفاعل إزالة الأكسدة بالكامل ولن يتم تشكيل أي ثقوب غاز. ومع ذلك، فإن وقت تسخين الكسوة بالليزر قصير ومعدل التبريد سريع، وتفاعل إزالة الأكسجين ليس كافيًا، لذلك لا يمكن لمزيلات الأكسدة هذه أن تنتج تأثيرات، ومن السهل تكوين المسام. بشكل عام، يكاد يكون من الصعب تجنب الثغور، ولا يمكن السيطرة عليها إلا من خلال بعض التدابير. تشمل الطرق الشائعة منع مسحوق السبائك من الأكسدة قبل الاستخدام، وتجفيف مادة الكسوة قبل الاستخدام، وما إلى ذلك.

(2) سهل الكسر. في عملية الكسوة، يحدث الذوبان والتصلب والتبريد في فترة قصيرة من الزمن، وستبقى الضغوط المختلفة، مثل الإجهاد الحراري والإجهاد الهيكلي. بالإضافة إلى ذلك، إذا تم ضبط معلمات العملية بشكل غير صحيح، فسوف تحدث تشققات أيضًا. وفقا لنتائج الأبحاث الموجودة، هناك عدة طرق للقضاء على الشقوق في عملية الكسوة: التركيب المعقول لمواد الكسوة. الاختيار الصحيح لمعلمات العملية وتكنولوجيا الكسوة. أضف طلاءًا على سطح الركيزة لتحسين قابلية البلل لطبقة الكسوة. تم تحسين عملية الكسوة بناءً على خصائص عمل الإجهاد لطبقة الكسوة.

(3) عدم وجود معايير موحدة. لم تشكل مواد الكسوة بالليزر نظام مواد خاص، ولا يوجد معيار موحد في استخدام مواد الكسوة، مما يؤدي إلى ارتفاع التكاليف وتقليل الفوائد الاقتصادية. بالإضافة إلى ذلك، فإن عدم وجود معيار موحد للعملية يجعل التواصل بين المختبرات والشركات أمرًا صعبًا.

تعتبر مواد الكسوة أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على طبقة الكسوة. يتم تحديد أداء طبقة الكسوة بشكل أساسي من خلال مادة الكسوة. منذ ظهور تكنولوجيا الكسوة بالليزر، حظي اختيار مواد الكسوة باهتمام كبير من قبل الباحثين.

1. مسحوق سبائك ذاتية التدفق قائم على النيكل

يتمتع مسحوق الذوبان الذاتي القائم على النيكل بمقاومة جيدة للتآكل، وسعره أكثر اعتدالًا، لذلك فهو أيضًا الأكثر استخدامًا في الأبحاث. إنها مناسبة للركائز التي تحتاج إلى تحسين مقاومة التآكل للحرارة، ويمكن تقسيمها إلى سلسلة سبائك Ni-B-Si وNi-Cr-B في هذه المرحلة. محتوى النيكل حوالي 75%، ومحتوى الكروم حوالي 15%، ومحتوى السيليكون والبورون حوالي 6%. لا يتمتع مسحوق السبائك المركبة بمقاومة أعلى للتآكل فحسب، بل يتميز أيضًا بأداء تكلفة مرتفع نسبيًا.

2. مسحوق سبائك ذاتي التدفق قائم على الكوبالت

يتمتع الكوبالت نفسه بمقاومة جيدة للتآكل، كما أن مسحوق السبائك المتكون من الكوبالت والكروم يحتوي على كربيدات مثل Cr7C3 والبوريدس مثل Cr2B. يتمتع الكوبالت بمقاومة جيدة للتآكل، كما يتمتع الكروم بمقاومة جيدة للأكسدة، لذا من وجهة نظر خصائصه المادية فهو مناسب لمقاومة التآكل بمواد الكسوة بالليزر، كما أنه يحتوي على النيكل والكروم والكربون والحديد، ولكنه يحتوي أيضًا على ميزة تقليل توليد الشقوق. شابرول وآخرون. وجد من خلال التجارب أن المواد القائمة على الكوبالت لها مزايا تحسين حالة إجهاد الواجهة وزيادة قوة الرابطة. ومع ذلك، فإن تكلفتها مرتفعة نسبيا مقارنة بالمواد الأخرى.

3. مسحوق سبائك ذاتي التدفق يعتمد على الحديد

يتم استخدام مسحوق السبائك ذاتية التدفق القائم على الحديد في الغالب في الحديد الزهر والفولاذ منخفض الكربون، وأكبر ميزة له هي السعر المنخفض ومقاومة التآكل. لكن من السهل جدًا أكسدته، حتى لو لم تتمكن إضافة البورون والنيكل والكروم وعناصر أخرى من تعويض خصائص الأكسدة السهلة. ولذلك، فإن تنوعها كمواد تكسية مقاومة للتآكل ضعيف.

باختصار، الأنواع الثلاثة المذكورة أعلاه من مسحوق السبائك لها مزاياها وعيوبها الخاصة، ويجب اختيارها وفقًا للوضع الفعلي، في مجال مقاومة التآكل، مع الأخذ في الاعتبار أداء التكلفة للحالة، مسحوق السبائك ذاتية التدفق القائم على النيكل هو اختيار أكثر ملاءمة.

4. مسحوق معدني آخر

بالإضافة إلى الأنواع الثلاثة المذكورة أعلاه من مسحوق المعادن، هناك العديد من المواد الأخرى، مثل قاعدة التيتانيوم، وقاعدة النحاس، وقاعدة الألومنيوم، وقاعدة المغنيسيوم وقاعدة الكروم، وكذلك مواد الكسوة المركبة بين المعادن. يتم استخدام هذه المواد لخصائصها الخاصة لتحقيق وظائف مختلفة، مثل مقاومة التآكل، ومقاومة الأكسدة، ومقاومة التآكل، وما إلى ذلك. على سبيل المثال، أرسل الباحثون مسحوق الألومنيوم عبر الليزر إلى سطح الركيزة، وحصلوا أيضًا على طلاء مع الأداء الجيد. هناك أيضًا مسحوق أساسه المغنيسيوم، وهو أكثر استخدامًا لتكسية سبائك المغنيسيوم بالليزر كركيزة، بحيث تم تحسين مقاومة التآكل لسطح الركيزة المغنيسيوم بشكل ملحوظ، خاصة في التجربة، استخدم الباحث محلول كلوريد الصوديوم لـ إجراء اختبارات التآكل ووجدت أن مقاومتها للتآكل قد تحسنت بشكل كبير.

5. مسحوق السيراميك

يشتمل مسحوق السيراميك بشكل أساسي على مسحوق سيراميك الأكسيد ومسحوق سيراميك السيليسيد، ومن بينها مسحوق سيراميك الأكسيد غالبًا ما يستخدم في الكسوة بالليزر. لأنه يمكن أن يحسن بشكل فعال مقاومة التآكل، ومقاومة التآكل ومقاومة الأكسدة للمصفوفة، فإنه غالبا ما يستخدم كطبقة تكسية مقاومة للتآكل. ومع ذلك، نظرًا للاختلاف الكبير بين الخواص الفيزيائية والكيميائية لمسحوق السيراميك والمعدن على سطح الركيزة، فإن طبقة الكسوة من السهل أن تتشقق وتسقط. ورغم أن الباحثين أضافوا CaO وSiO2 ومواد أخرى إلى طبقة العبور وطبقة الكسوة، مما خفف من هذه الحالة، إلا أنه لم يحل مشكلة التشققات والسقوط من طبقة الكسوة الخزفية بشكل كامل.

6. مسحوق مركب

يتكون المسحوق المركب بشكل أساسي من نوعين أو أكثر من المواد بتركيبات مختلفة وخصائص مختلفة للمسحوق، ويشير بشكل أساسي إلى الكربيد والبوريد والنيتريد والأكسيد وغيرها من المواد الخزفية الصلبة ذات نقطة الانصهار العالية والمواد الذهبية لإعداد المسحوق المختلط. تحت تأثير مسحوق الليزر المركب، يمكن أن يجمع بشكل أفضل بين المتانة الجيدة للمعادن والخصائص الممتازة لمقاومة التآكل، ومقاومة التآكل ومقاومة درجات الحرارة العالية للسيراميك، ويمكن التحكم بشكل فعال في ظواهر فقدان الاحتراق وتطاير المواد، مما هو اتجاه بحثي ساخن في مجال الكسوة بالليزر. من بينها، مسحوق سبائك كربيد ومسحوق سبائك أكسيد هي الأكثر دراسة وتطبيقا. يمكن إضافة جزيئات الكربيد الموجودة في المسحوق المركب مباشرة إلى حوض الصهر بالليزر أو خلطها مع المسحوق المعدني إلى حوض الصهر بالليزر، ولكن الطريقة الأكثر فعالية هي الإضافة على شكل مسحوق مركب مطلي بالمعدن (مثل الكربيد المطلي بالنيكل ، كربيد الكوبالت المطلي).

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. هي مؤسسة ذات تقنية عالية متخصصة في البحث والتطوير وتصنيع وبيع آلة الكسوة بالليزر الأوتوماتيكية وآلة الكسوة بالليزر عالية السرعة وآلة التبريد بالليزر وآلة اللحام بالليزر ومعدات الطباعة بالليزر ثلاثية الأبعاد. منتجاتنا فعالة من حيث التكلفة وتباع محليًا وخارجيًا. إذا كنت مهتمًا بمنتجاتنا، فيرجى الاتصال بنا على bob@gshenglaser.com.